بالرغم من أن التنبؤ الجوي بمفهومه الحالي يعتبر حديث جدا، إلا أنه شهد قفزات كبيرة خلال تاريخه القصير ومن أهم متطلبات التنبؤ الجوي هي محطات الرصد التي توفر المادة الأولية المطلوبة لإجراء التنبؤ. فقد بدأ أول تأسيس منظم لمحطات الرصد على يد فيردناندو الثاني، فقد أوجد محطات من فلورنس في ايطاليا مروراً بباريس في فرنسا إلى وارشو في بولندا. وكانت المعلومات المجمعة في هذه المحطات ترسل إلى فلورنس. في 1832 وجد جهاز التلغراف الذي ساعد على انتشار المحطات في مناطق أخرى من أوربا، فالمعلومات المجمعة الآن ترسل بالتلغراف إلى مكان تجميع المعلومات. إن سرعة تجميع المعلومات من مناطق واسعة يساعد على رسم صورة لحالة الجو قريباً من سطح الأرض، ولكن ذلك يتطلب أن تكون المعلومات المجمعة من محطات تتبع نظام موحد في جمع المعلومات. وقد تحقق ذلك في الولايات المتحدة الأمريكية سنة 1849 عن طريق مؤسسة سمشسونيون التي أنشئت منظومة رصد على طول وعرض الولايات المتحدة الأمريكية. وفي نفس الفترة وسعت منظومة الرصد الأوربية لتشمل مناطق جديدة وبعدها ظهر أول مكتب حكومي للرصد الجوي في بريطانيا، حيث منها ظهر أول تنبؤ يومي بحالة الطقس وكان ينشر في جريدة التايمز اللندنية وبعد 1860 بدأت تظهر المؤسسات الحكومية التي تهتم بالتنبؤ الجوي على مستوى العالم.

في 1904 استطاع النرويجي بيركنز من التوصل إلى إمكانية التنبؤ الجوي عن طريق القوانين الطبيعية. وبعد 1922 اوجد ريجاردسون طريقة التنبؤ الجوي الرقمي باستخدام قوانين ميكانيكا السوائل الفيزيائي. ولكن هذه الطريقة لا يمكن استخدامها بنجاح في ذلك الوقت لأنها تتطلب حل العدد الكبير من المعادلات الرياضية. لذلك أصبحت هذه الطريقة ممكنة بعد اختراع الكومبيوتر، حيث بدأ استعمال الطريقة الرقمية في التنبؤ من بداية الخمسينات من القرن الماضي. وأول طريقة تنبؤ استخدمت النظام الرقمي كانت باستخدام الباراتروبك استخدام مستوى أفقي (واحد) والتي نجحت في التنبؤ بالحركة الواسعة لأمواج روزبي في العروض الوسطى. وفي الستينات من القرن الماضي بدأ استخدام نظرية الجوتك Chaotic theory التي ساعدت على تلافي الأمور الغير متوقعة في الغلاف الغازي. وفي السنوات الأخيرة ظهر ما يعرف بالنماذج المناخية وهي طريقة للتنبؤ بالمناخ لفترة طويلة من خلال معرفة تأثير عوامل أخرى مثل غازات الصوبة الحرارية على المناخ في المستقبل.